Medición del punto de rocío para la recuperación de calor con hidrógeno

JTEC Energy y Vaisala han colaborado para integrar sensores de medición de humedad de precisión en un novedoso sistema de conversión de calor residual en energía. La implementación de un seguimiento preciso de la humedad y el punto de rocío permite el funcionamiento fiable de una arquitectura de energía de hidrógeno de bucle cerrado en entornos de automatización industrial.

Desafío industrial y arquitectura del sistema
JTEC Energy desarrolla tecnología que convierte el calor residual industrial en energía eléctrica utilizando hidrógeno como fluido de trabajo. El sistema se basa en un proceso de compresión impulsado por calor emparejado con pilas (stacks) electroquímicas. Dentro de esta arquitectura, el calor residual se aplica a un reactor de hidruro metálico, lo que hace que libere hidrógeno presurizado. Este hidrógeno se expande a través de una pila electroquímica para generar energía eléctrica antes de ser reabsorbido por un reactor separado y refrigerado.

Este sistema de bucle cerrado presenta un conflicto fundamental en la gestión de la humedad. Las pilas electroquímicas requieren hidrógeno humidificado para mantener un rendimiento óptimo de la membrana. Por el contrario, los reactores de hidruro metálico deben permanecer extremadamente secos; el exceso de humedad crea capas de óxido que inhiben la absorción de hidrógeno y degradan el rendimiento del reactor. En consecuencia, el sistema debe eliminar y recircular más del 99,99 por ciento de la humedad introducida durante el ciclo de generación de energía.




Objetivos para la fiabilidad del proceso
Un control preciso de la humedad es fundamental para la viabilidad del sistema y su funcionamiento continuo. Durante la fase inicial de investigación y desarrollo, los sensores estándar de humedad relativa y punto de rocío utilizados por JTEC se saturaban con frecuencia al estar expuestos a la condensación. Esta falta de robustez obligaba a los ingenieros a abortar experimentos, secar los equipos y reiniciar los sistemas; en un caso, prolongando una prueba estándar de seis horas a tres días de resolución de problemas.

Para el despliegue en campo, una medición imprecisa de la humedad plantea un grave riesgo operativo. El subsistema de conversión de calor residual representa más de un tercio del coste total del sistema. Una exposición no planificada a la humedad requiere mantenimiento fuera de línea para recuperar el rendimiento del reactor, lo que genera tiempos de inactividad inaceptables para la infraestructura de producción de energía.

Solución técnica y despliegue
Para resolver el problema de fiabilidad de las mediciones, JTEC estandarizó su seguimiento de la humedad utilizando la tecnología de sensores de Vaisala. La implementación utiliza tres instrumentos específicos para monitorizar el bucle de hidrógeno en condiciones dinámicas de presión y flujo. Una sonda de temperatura y humedad relativa Vaisala HMP7 se posiciona inmediatamente después de la etapa inicial de deshumidificación para verificar la eliminación bruta de humedad y evitar la condensación en la línea. Tras las etapas finales de gestión de la humedad, un sensor Vaisala DMP370 con clasificación Ex mide los bajos puntos de rocío antes de que el hidrógeno regrese a los reactores de hidruro metálico, garantizando que el gas se seque según especificaciones estrictas. Finalmente, un transmisor de punto de rocío Vaisala DMT143 monitoriza el colector de mantenimiento, evitando la migración de humedad de las secciones húmedas a las secas durante las operaciones de arranque, parada o mantenimiento.

Los sensores se integraron directamente en la arquitectura de control del sistema. La clasificación Ex específica del DMP370 permite que el sistema cumpla con los estrictos requisitos para áreas peligrosas necesarios en futuras instalaciones industriales.




Soporte de ingeniería y resultados operativos
La medición de la humedad en hidrógeno presurizado difiere significativamente de las condiciones atmosféricas estándar. Vaisala proporcionó soporte metrológico directo, ayudando a JTEC a desarrollar rutinas precisas de compensación de presión para sus mediciones de punto de rocío en condiciones fluctuantes.

"La autocalibración de Vaisala es una característica clave que mejora la confianza en los valores que obtenemos", afirmó Julian Bell, vicepresidente de ingeniería de JTEC Energy. "Al mismo tiempo, hemos podido integrar rutinas de compensación de presión en nuestras mediciones de punto de rocío con el apoyo de los ingenieros de Vaisala".

La integración de estos sensores proporciona una medición continua y estable sin las interrupciones por calibración asociadas a arquitecturas alternativas. Esta visibilidad ininterrumpida permite al sistema de control alternar con precisión entre las columnas de deshumidificación, eliminando los tiempos de inactividad inducidos por la saturación, salvaguardando los valiosos reactores de hidruro metálico y proporcionando la certeza de medición requerida para la transición de la tecnología del laboratorio al despliegue en campo.

Editado por Aishwarya Mambet, editora de Induportals, con asistencia de IA.

www.vaisala.com